211service.com
Dit is hoeveel mensen we naar Proxima Centauri moeten sturen om er zeker van te zijn dat er echt iemand aankomt
Als mensen ooit de melkweg willen koloniseren, moeten we de reis maken naar een nabije ster met een bewoonbare planeet. Vorig jaar hebben astronomen de mogelijkheid geopperd dat onze naaste buur, Proxima Centauri, verschillende potentieel bewoonbare exoplaneten heeft die in aanmerking zouden kunnen komen.
Proxima Centauri bevindt zich op 4,2 lichtjaar van de aarde, een afstand die met de huidige technologie ongeveer 6.300 jaar zou duren om te reizen. Zo'n reis zou vele generaties duren. Inderdaad, de meeste mensen die erbij betrokken waren, zouden de aarde of haar tegenhanger van de exoplaneet nooit zien. Deze mensen zouden zich tijdens de reis met elkaar moeten voortplanten op een manier die de aankomst van een gezonde bemanning bij Proxima Centauri garandeert.
En dat roept een interessante vraag op. Wat is de kleinste bemanning die in die tijd een genetisch gezonde populatie kan behouden?
Vandaag krijgen we een antwoord dankzij het werk van Frédéric Marin aan de Universiteit van Straatsburg en Camille Beluffi bij het onderzoeksbureau Casc4de, beide in Frankrijk. Ze hebben de overlevingskans berekend voor missies van verschillende grootte en de fokregels die nodig zijn om succes te behalen.
Eerst wat achtergrond. Ruimtewetenschappers en ingenieurs hebben verschillende manieren bestudeerd om nabije sterren te bereiken. Het probleem is natuurlijk de enorme afstanden die ermee gemoeid zijn en de relatief rustige snelheden die menselijke ruimtevaartuigen aankunnen.
Apollo 11 reisde met ongeveer 40.000 kilometer per uur, een snelheid die het in meer dan 100.000 jaar naar Proxima Centauri zou brengen. Maar ruimtevaartuigen zijn sindsdien sneller geworden. De Parker Solar Probe, die dit jaar wordt gelanceerd, zal met meer dan 700.000 kilometer per uur reizen, ongeveer 0,067 procent het zaad van licht.
Dus Marin en Beluffi gebruiken dit als de snelheid die tegenwoordig haalbaar is met de modernste ruimtetechnologie. Met deze snelheid zou een interstellaire reis er nog steeds ongeveer 6.300 jaar over doen om Proxima Centauri b te bereiken, zeggen ze.
Het selecteren van een bemanning voor zo'n multigenerationele ruimtereis zou geen sinecure zijn. Belangrijke parameters zijn onder meer het aanvankelijke aantal mannen en vrouwen in de bemanning, hun leeftijd en levensverwachting, onvruchtbaarheidscijfers, de maximale capaciteit van het schip, enzovoort. Het vereist ook regels over de leeftijd waarop voortplanting is toegestaan, hoe nauw verwante ouders kunnen zijn, hoeveel kinderen ze kunnen krijgen, enzovoort.
Zodra deze parameters zijn bepaald, kunnen ze worden aangesloten op een algoritme genaamd Heritage, dat een missie van meerdere generaties simuleert. Eerst creëert het algoritme een crew met de geselecteerde kwaliteiten. Vervolgens loopt het door de missie, waarbij elk jaar natuurlijke en accidentele sterfgevallen mogelijk zijn en wordt gecontroleerd welke bemanningsleden zich binnen het toegestane voortplantingsvenster bevinden.
Vervolgens associeert het willekeurig twee bemanningsleden van verschillende geslachten en evalueert het of ze een kind kunnen krijgen op basis van onvruchtbaarheidscijfers, zwangerschapskansen en inteeltbeperkingen. Als de zwangerschap levensvatbaar wordt geacht, creëert het algoritme een nieuw bemanningslid en herhaalt deze lus totdat de bemanning ofwel uitsterft of Proxima Centauri bereikt na 6.300 jaar.
Elke missie omvat ook een of andere catastrofe - een plaag, botsing of ander ongeluk - waardoor de bemanning met een derde wordt verminderd.
Het algoritme herhaalt vervolgens elke missie 100 keer om te bepalen hoe waarschijnlijk het is dat deze omvang van de bemanning zijn bestemming bereikt.
Een belangrijke vraag is welke mate van inteelt kan worden toegestaan. Marin en Beluffi meten dit met behulp van een schaal waarin fokken tussen identieke tweelingen als 100 procent wordt geregistreerd; broer/zus, vader/dochter of moeder/zoon is 25 procent; oom/nicht of tante/neef is 12,5 procent; en neef en nicht is 6,25 procent.
Een optie is om inteelt te beperken tot minder dan 5 procent, dus partners moeten verder verwant zijn dan neven en nichten. Een andere optie is om te bepalen dat partners helemaal geen verwantschap kunnen hebben, zodat inteelt 0 is. Marin en Beluffi gebruiken dit tweede scenario in hun simulatie.
Het algoritme bepaalt vervolgens de kans op succes over 100 missies voor verschillende initiële bemanningsgroottes.
De resultaten zorgen voor interessante lectuur. Het Heritage-algoritme voorspelt dat een eerste bemanning van 14 broedparen nul kans heeft om Proxima Centauri te bereiken. Zo'n kleine groep heeft niet genoeg genetische diversiteit om te overleven.
Onderzoekers hebben bij dieren waargenomen dat de genetische diversiteit van een initiële populatie van 25 paren voor onbepaalde tijd kan worden volgehouden met zorgvuldig fokken. Maar wanneer het Heritage-algoritme dit als startploeg gebruikt - 25 mannen en 25 vrouwen - voorspelt het een kans van 50 procent om uit te sterven voordat de bestemming wordt bereikt. Dat komt grotendeels door willekeurige gebeurtenissen die zo'n missie kunnen beïnvloeden.
De kans op succes is volgens Heritage pas 100 procent als de eerste bemanning 98 kolonisten of 49 broedparen heeft. We kunnen dan concluderen dat, onder de parameters die voor die simulaties worden gebruikt, een minimumbemanning van 98 kolonisten nodig is voor een 6300 jaar durende ruimtereis van meerdere generaties naar Proxima Centauri b, zeggen Marin en Beluffi.
Dat is interessant werk dat de weg vrijmaakt voor meer gedetailleerde simulaties. De vruchtbaarheidscijfers in de verre ruimte kunnen bijvoorbeeld behoorlijk verschillen van die op aarde. En de kans op een gezond kind als gevolg van een succesvolle zwangerschap kan ook veel lager zijn vanwege hogere mutatiesnelheden als gevolg van straling.
De kans op een catastrofe door ongevallen of plagen kan veel kleiner blijken te zijn dan de kans op een catastrofe veroorzaakt door sociale factoren zoals conflicten. Dit alles zou kunnen worden geprogrammeerd in een meer geavanceerde versie van Heritage.
Deze kwesties zijn inderdaad al onderzocht door sciencefictionschrijvers. Bijvoorbeeld in het boek Seveneves , stelt de auteur Neal Stephenson zich een toekomst voor waarin de mensheid door een bevolkingsknelpunt gaat en alle individuen afstammen van zeven vrouwen.
Gezien het werk van Marin en Beluffi lijkt de ingebeelde toekomst van Stephenson hoogst onwaarschijnlijk. Maar het is zeker belangrijk om het scenario in overweging te nemen, gezien de vele bedreigingen waarmee onze beschaving wordt geconfronteerd.
Referentie: arxiv.org/abs/1806.03856 : Berekening van de minimale bemanning voor een ruimtereis van meerdere generaties naar Proxima Centauri b